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禁锢与释放 赛车到量产车空气动力学演进史
2014年01月05日 老车周边 ⁄ 共 3418字 禁锢与释放 赛车到量产车空气动力学演进史已关闭评论 ⁄ 被围观 2,221 views+

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恩佐法拉利曾经对空气动力学不屑一顾,认为这是没能力制造大排量优质发动机的“弱者”的讨巧行为,但他的赛车上最终还是加上了扰流器和尾翼,量产车中的空气套件也成了卖点之一。F1赛车获胜的主要指标是平均车速,因此过弯速度成为取胜的关键。为此,各种空气动力学装置——车翼在F1赛车上应运而生。 “谁掌握了空气,谁就掌握了F1”。空气动力学不仅对F1至关重要,对高速行使的量产车更是具有不可替代的现实意义。目前改装车俗称的“大包围”、“扰流板”就是F1赛车车翼演变的产物。

我们知道,车身设计的影响力足以全盘改变汽车的高速性能,从极速、稳定性以至于经济性能都能与此息息相关,现在再讨论车子时,空气动力学已是无法忽略的一大主题。

流线型的设计风格起源于1920年代末,直到1950年代,在长达二十余年中,风靡整个设计领域。从最初的飞机到火车、汽车,从电冰箱到吸尘器,从口红到饮料瓶,流线型风格成为带动销售最典型的因素。

这台1923年的TYPE 32车型,由于造型的关系,被人称为坦克。据称,这个设计是为了达到更高的空气动力学性能。但事实上,并没有这个效果。只是189km/h的时速却创造了记录。

1934年,克莱斯勒气流轿车上市了,这是世界上最早的流线型汽车,但由于当时消费者的审美意识还停留在箱式汽车的年代。所以花费了大笔资金研制的气流轿车的销量非常失败,甚至差点导致克莱斯勒破产。1936年,林肯轿车在流线型汽车的设计上又近了一步,精心设计的外观,再加上之前气流的铺垫,所以和风轿车还是比较成功的。

然而,真正达到减小风阻系数、公认的最能够代表流线型车身的车型,是1935年问世的大众甲壳虫,也可以说甲壳虫车车身就是标准的流线型车身。费迪南德.波尔舍在希特勒宣布造国民汽车的号召后,便开始思考一款经久耐用、经济实惠的车型。他发现瓢虫的身体结构非常顺滑,风阻系数极小,经过瓢虫的启发后,甲壳虫的外观便诞生了。

甲壳虫的车身最大限度的发挥了瓢虫的长处,车身钣金采用整体冲压,既轻便又坚固,工艺性好,整个设计非常完美。流线型汽车的大量生产就是从大众甲壳虫开始的,流线型车身也成为当时社会追求的一种时髦样式。

但是,流线型车身的缺点也是显而易见的。与箱式车身相比,车内空间明显变得很小,特别是后排空间,头顶上几乎没有空间。而且,在1940年代,汽车的实际最大速度也只有60-70km/h,在这速度范围内,流线形车身起到减小风阻的效果不大。

流线型汽车的另一个致命的缺点就是对横向风的不稳定性。流线型车身的侧面线条刚好与飞机机翼上面隆起,下面平滑的结构相似。当有横向风吹来时,流线型汽车便会产生升力,导致受风面轮胎抓地力减弱,漂浮起来,有脱离原始轨道的危险。此外,流线型车外形近似瓢虫,车身上的过渡面较多,当时的金属工艺还不像现在一样发达,所以车身覆盖件的质量很差。因此,决定了流线形车身的生命力不强。而今天的甲壳虫汽车其实只具备了当时流线型车身的外观特征,其并不是真正的流线型车身。

原名“迅雷”的克莱斯勒是来自陆地速度记录保持者。在1938年巴纳维亚盐地上这架像是兄长的劳斯莱斯12缸车跑出了357.53英里每小时的惊人纪录!后来乔治艾斯顿上校准许克莱斯勒使用这个名字。迅雷上最为显著的就是就是它的平滑的侧面。整辆车的挡板外没有任何皱褶和突起。它的外形很大一部分是由于空气动力学设计。附加上设计并安装了内藏式的头灯,车体看上去在那个时代可以说是独领风骚。平整的车体和收藏在车围内的车轮更是加强了它的流线型外型。引擎盖下面没有什么特别的。一架143马力的克莱斯勒323.5立方英尺的八缸引擎配合克莱斯勒液压变速箱驱动着这架车。底盘曾经用于1940年的皇家皇冠。它的结构非常结实,从它没有A字型的支撑架就可见一斑。现如今那六架原型车中只有4部被保存下来。

空气动力学在科学的范畴里是一门艰深的度量科学,一辆汽车在行使时,会对相对静止的空气造成不可避免的冲击,空气会因此向四周流动,而蹿入车底的气流便会被暂时困于车底的各个机械部件之中,空气会被行使中的汽车拉动,所以当一辆汽车飞驰而过之后,地上的纸张和树叶会被卷起。此外,车底的气流会对车头和引擎舱内产生一股浮升力,削弱车轮对地面的下压力,影响汽车的操控表现。 另外,汽车的燃料在燃烧推动机械运转时已经消耗了一大部分动力,而当汽车高速行使时,一部分动力也会被用做克服空气的阻力。所以,空气动力学对于汽车设计的意义不仅仅在于改善汽车的操控性,同时也是降低油耗的一个窍门。

1970-Plymouth-Superbird

早在上世纪30年代,各大车厂已经开始致力于降低气流拉力,而对于浮升力的研究,各车厂大致要到60年代才开始关注。法拉利的赛车手Richie Ginther于1961年发明了能产生下压力的车尾扰流器,他也因此闻名于世。随后的车队的战车也都使用此项设计。而第一部使用前扰流器(俗称气霸)的 汽车应该是大名鼎鼎的福特GT40(1964)。这部车在超越时速300km/h时所产生的浮升力令其成为一部根本无法驾驭的汽车,据说在加装了前气霸之 后,GT40在达到极速时前轮的下压力由原来的310磅激增至604磅!!!至于第一部使用尾翼的汽车我没有准确的资料,不过据说时道奇于60年代末生产的Charger Daytona Plymouth Superbird。

在欧洲车厂方面,保时捷可以算首家兼顾扰流器的功能和美学设计的车厂。1975的911 TUBRO的一体式的气霸和鲸鱼尾式的扰流器大副降低了浮升力的产生,其效用高达90%。于是在70年代末,气霸和扰流器更成为保时捷的标志。当时有很多 以高性能作为卖点的车厂也跟随保时捷的步伐以气霸和扰流器作为卖点。说到这里,我到想起了一些题外话。其实车厂都要经过一个发展阶段才能走向成熟,其实日本车与欧洲车的差距就体现在日本车其实在走欧洲车曾经走过的一条道路,这条路每个车厂都必须经历。如果以后中国真正的拥有自己的汽车工业的话,那么中国的车厂也必须走这条道路。

一般我认为欧洲车厂的空气动力学水平要较日本车厂来的高一点,就拿对空气动力学要求很高的F1赛事来说,所有空气动力学高手都是欧洲人,而这些欧洲人也无一例外的供职于欧洲车厂,英美车队在空气动力学方面的研究在它这几年来几乎没有进步,从这一点上面就可以看出欧洲车厂于日本车厂之间的差距。不过, 这些差距是由时间造成的,我想技术上的差距相对比较容易弥补。而文化背景的不同才容易造成真正的差异,而这种差异如果产生不良性的发展,日本车厂就真正的危险了。

现在气霸和扰流器已经非常非常的普通了,几乎时速可以达到百余公里的汽车都使用这些东西。其实如果你的车速并不高,这些东西并不起作用。当车速介于 60到80之间时,气流的拉力根本高不过车轮的运动阻力,如果要感受尾翼和扰流器在浮升力和下压力方面的明显作用,时速必须高于160KM。其中的原因是因为气流的动力往往是车速的二次方,一部汽车从130KM/H加速至260KM/H,浮升力和空气拉力将会有四倍的增加。

同时,所有汽车所有的气霸,在降低气流拉力方面都具有一定的作用。一般来说可以减少5~10%的整体气流拉力。另一方面,气霸也有助于冷却引擎,亦方便了雾灯的安装。不过仍然有为数不少的车厂认为尾翼和扰流器是为了美观而设的。不过总体来说,这些空气动力部件都具有一定的实际作用,以上代雷克萨斯SC系列来说,加装原厂车尾扰流器之后,汽车的Cd数值(气流拉力)由原来的0.32降至0.31。但是福特Advanced Design Studio的设计师Grant Garrison曾经说过:如果尾翼和扰流器不是那么受欢迎,我们是不会加在车身上的,但是我们可以用其它方法来把车辆设计得具有同样的空气动力学效果。 持相同观点的还有大名鼎鼎的法拉利,众所周知法拉利为了迁就车身设计的美感是很忌讳在车身上使用尾翼的,而即使以快跑作为最高目的的法拉利ENZO也使用 的是可升降的尾扰流板,其原因是法拉利的主席认为一部静止的法拉利跑车不需要任何扰流器。

现在,已经没有一家性能车制造商可以拒绝空气动力学在汽车制造商的应用。同时,“张牙舞爪”的空气套件似乎已经成了彰显性能以及个性的重要标志。传统坚持如法拉利,也在全新的LaFerrari中加入了沿用自F1技术的空气动力学套件。看看它有多受欢迎就能知道一个趋势:至少在很长一段时间里,没有 人能够抗拒空气动力学的魅力,无论是汽车品牌还是掏钱的消费者。

作者:启斌

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